ヒートパイプ等価モデル — CAE用語解説

蒸発・凝縮の二相流を直接解く代わりに、ヒートパイプを「等価熱伝導率がめちゃくちゃ高い棒」として扱う簡易手法だ。銅の熱伝導率が約400 W/(m・K)なのに対して、等価モデルでは10,000～50,000 W/(m・K)くらいの値を設定するんだよ。

その通り。システムレベルの熱設計では、ヒートパイプの両端の温度差がせいぜい2～5℃で済むかどうかが重要だから、等価モデルでもその温度差さえ再現できれば実用上は十分なんだ。

メーカーが公表している蒸発部-凝縮部間の熱抵抗から逆算するのが確実だ。例えば熱抵抗が0.2 K/W、断面積が30 mm²、長さ200 mmなら、k_eff = L/(R_th × A) で計算できる。あるいは実測の温度差と発熱量から求める方法もあるよ。

一番多いのは、ヒートパイプを等方性の円柱としてモデル化してしまうこと。実際は軸方向の等価熱伝導率が圧倒的に高くて、径方向は管壁やウィックの熱伝導率に支配されるから、異方性材料として設定しないと温度分布がおかしくなるんだ。

この3つは直結するよ。

• ヒートパイプ ― 等価モデルの対象となる実デバイス
• 熱伝導率 ― 等価モデルで設定する中核パラメータ
• 熱抵抗 ― メーカーデータから等価熱伝導率を逆算する手がかり

軸方向と径方向を分けるだけで精度がぐんと上がるから、ぜひ試してみて。実測との比較も忘れずにね。